单波速测深仪在码头前沿水深测量中的应用

单波速测深仪在码头前沿水深测量中的应用

王 ,林

江苏省交通工程集团百润工程检测有限公司  江苏省镇江市  212100

摘要：本文介绍了码头前沿水域的范围界定、检测频率，单波速测深仪的测深原理及基本操作方式，为类似水深测量提供参考。

关键词：水域范围  测深原理  操作方法  检测频率

Application of Single Wave Velocity Sounder in Water Depth Survey of Wharf Apron

WANG Lin

（Jiangsu Transportation Engineering Group Bairun Engineering Testing Co., Ltd，Zhenjiang  212100，China）

Abstract:This paper introduces the scope definition of wharf apron waters、detection frequency，sounding principle and basic operation mode of single wave velocity sounder，provide reference for similar water depth measurement。

Key words: Water area；Principle of measuring depth；Operation method；Detection frequency

1.前言

2019年9月，中共中央、国务院印发了《交通强国建设纲要》，建设交通强国是以习近平同志为核心的党中央立足国情、着眼全局、面向未来做出的重大战略决策，是全面建成社会主义现代化强国的重要支撑。《纲要》提出的打造绿色高效的现代物流系统，推动铁水、公铁、公水、空陆等联运发展是“绿水青山就是金山银山”发展理念在交通运输领域的鲜活应用； 2021年12月国务院办公厅印发《推进多式联运发展优化调整运输结构工作方案（2021-2025年）》中提出，在运输结构调整重点区域，加强港口资源整合，鼓励工矿企业、粮食企业等将货物“散改集”，中长距离运输时主要采用铁路、水路运输，到2025年多式联运发展水平明显提升，基本形成大宗货物及集装箱中长距离运输以铁路和水路为主的发展格局，全国铁路和水路货运量比2020年分别增长10%和12%左右，集装箱铁水联运量年均增长15%以上；2023年3月，交通运输部、自然资源部、海关总署、国家铁路局、国铁集团联合印发了《推进铁水联运高质量发展行动方案（2023-2025年）》，推进铁水联运高质量发展是加快建设交通强国、构建现代综合交通运输体系的重要举措，也是服务构建新发展格局、全面建设社会主义现代化国家的内在要求。水路运输作为当前综合交通集疏运体系中的重要一环，尤其是在陆江海联动方面发挥的作用越来越大，更为关键的是水运运量相对较大、成本相对低，再加上船型标准化改造、以“气”代“油”等方式的推广，可以说水运绝对称得上是目前最“绿色低碳环保”的运输方式，是目前交通运输产业高质量发展不可或缺的重要运输方式。而码头作为整个运输环节中陆、水转驳的重要场所，是整个物流链条中至关重要的一环，其状况的好坏直接影响整个运输环节的效率和安全，其作用的发挥不言而喻，码头自身作业的效率和安全就显得尤为重要。

牵涉码头自身作业效率和安全的因素是多方面的，既有外部天气、风浪的影响，也有操作人员熟练程度、码头本身的结构安全、机械传动效率（安全）方面的影响等等。本文主要想探讨码头港池前沿水深对码头作业安全的影响，以及保证安全作业水深的方法和保障措施。

码头港池前沿水面看起来很直观，但水下地形就不是凭肉眼就能观察到的，而且水深的影响对码头水工结构安全、船舶停靠影响极大。前沿河床冲刷过深会影响码头基础的稳定，淤积太多会影响船舶进出港及停靠安全，本文旨在介绍单波束测深仪在码头港池水深测量中的应用，为动态掌握码头港池前沿水深，满足码头水工结构自身安全和船舶进出港及停靠安全、消除安全隐患提供依据。

2.前沿水域范围

码头前沿水域范围通俗的是指码头前方可供船舶安全装卸作用的水域面积，一般包括停泊水域、回旋水域、港内航道，海港码头还有制动水域等。这其中，我们更关注停泊水域，因为该区域离码头基础更近，它的冲淤变化直接影响码头基础安全与船舶作业安全。这一区域的长度根据码头规模而定，我们一般取码头主体水工结构物前沿线长度加上下游30～50m。宽度对于海港码头取码头前2倍设计船宽的水域范围[1]；对于河港码头依据船舶停靠方式不同而有所不同，当船舶沿着码头长度方向顺靠码头时，码头前沿停泊水域宽度为设计船型宽度加富裕宽度，当船舶垂直码头长度方向丁靠码头时，码头前沿停泊水域宽度为船舶离岸端端部至码头前沿线的距离与富裕宽度之和，富裕宽度宜取1.0倍设计船型宽度

[2]。

3.单波束测深原理

单波束测深的原理是利用声波的垂直传播来推算水深，若声波在水中的传播速度为，

当换能器探头发出脉冲声波信号时，声波经探头发射到水底，再由水底经原路返射回到探头被接收，测得声波信号往返行程所经历的时间为，则

就是从探头到水底的深度，再加上探头吃水就是水深了（见图3-1）。

  单波束测深仪一般发射的波束较宽，且是沿船底垂直发射至河床表面，所以声传播不会发生弯曲，直线往返路径最短，能量衰减较小，通过对回波信号的幅度检测，确定信号往返传播的时间，再根据声

图3-1

波在水中的平均传播速度就能计算测量水深了。

4.单波束测深的特点

单波束测深系统的组成、测量流程及特点：

（1）组成：单波束测深系统一般包括定位设备、测深仪、安装了导航定位软件的笔记本电脑及一些辅助的供电设备和连接线等。另外，为了对测深精度进行检查，需要对声速进行标定，还需配备声速剖面仪或者检查板；为了测定潮汐变化情况，还需配备验潮仪或水尺。

（2）流程：单波束测深简单流程所示（见图4-1）。

（3）特点：外业测量仪器设备组成简单，轻灵便携，易于安装，外业一般进行定位校准、声速改正、动吃水改正、时延改正即可；内业处理软件界面友好，人工干预较少，自动化成图程度高，处理模型可靠，且一般只需进行潮汐改正即可。

5.实测案例

某码头工程共建有3个2000吨级件杂货泊位、2个2000吨级散货泊位；以及4个件杂货堆场、3个散货堆场；2个物流仓库及其它港区附属建筑物等。主体结构采用透空式高桩梁板结构，码头设计长度500m，设计宽度为19.5m，上部结构采用钢筋混凝土现浇结构，下部结构共设74道排架，除内河侧桩径为1400mm钻孔灌注桩外，其余桩径为1200mm钻孔灌注桩，桩长24～19m，均为嵌岩桩，共有296根；码头设有三层平台，第三层平台与灌注桩采用桩帽连接过渡，靠船构件及人行走道板布置于靠船立柱及第一根立柱之间，约每2.7m布置一层，均布置350kN系船柱。各立柱之间及排架之间采用纵、横向联系梁连接，立柱

图5-1

采用直径为800mm的圆柱（靠河道侧为1000mm的圆柱），沿靠船立柱自上而下竖向布置DA-A500H-1500L标准反力型橡胶护舷。

    本次水深测量的目的主要是调查码头前沿水域内设计水深与实际水深的符合性，了解码头设计水域内河床冲淤情况，有无影响码头结构安全的大面积冲刷、有无淤积形成的影响船舶安全停靠的暗礁，确保码头结构稳定和船舶停靠的安全。

利用HD-310水深测量系统[3]，在码头上下游各50m及前沿80m水域结合GPS定位系统，沿码头纵向每20m一个断面、沿码头横向每5m一个断面，进行水下地形扫测，给出码头水下地形冲淤变化现状的定量分析，确定码头周边水域的地形情况。

首先，将水深测量设备安装固定在用于施测的船舶上（见图5-1），将各数据传输线缆按操作说明要求与主机相连接，再接上电源（交流或直流都可），开启主机，系统开始启动，启动完毕后自动进

图5-2

入测深软件界面，如图5-2为单频测深时的界面，按仪器使用说明书进行测试环境及参数设置。设定完毕后，按“测深”按钮进行系统测试，测深仪开始发射和接收声波信号，并显示回声图像，水深输出口同时有相应格式的水深输出，测试时，只测深不进行图像记录。正式测量时，按“记录”按钮，进入“记录”时，系统会出现一个文件对话框，按要求输入1个文件记录名，一般系统会自动根据测量时的日期，生成1个不重复的文件名，操作人员只需要点击确定就可以了；如果测量人员有自己的个性需求也可以自行设置文件名，建议每个文件记录时间不宜过长，一般1小时左右。在测深时，如果有多次回波或有干扰波，系统会自动识别正确的回波，假如不慎跟踪到别的干扰波上去了，可以在瀑布窗口或波形窗口的正确回波上方的空白处点击一下就可恢复了。

HD-310测深仪系统自身配有海洋测量软件，只需把 GPS 系统相关数据线接到串口（COM1 或 COM2）就可以进行水上测量作业，测深软件获取的水深值由测量软件直接调用，实现 0 延迟传送，水深数值和位置定位的同步性更好。同时利用“水深测量资料后处理软件”，可以将外业作业时测量软件现场采集的原始资料（*.ss）文件，根据水下地形成图要求的密度筛选编辑成需要的（*.HTT）文件。

图5-3                                    图5-4

图5-3为该码头前沿水域的水下地形图（部分），图5-4为离码头前沿20m、40m、60m……不同距离泥面标高沿码头长度方向的变化线，据此，可以清晰地推算出码头前沿水深情况，为码头的安全作业提供技术支撑。

6.结语

码头前沿水深变化直接关系到码头基础稳定和船舶停靠安全，因此，水深测量必须作为一项长期的工作持续进行，对于内河港应按2次/年、海港按1次/年[4]的频率进行水深测量，针对繁忙及易淤积（冲刷）的河段上的港口建议加大频率，通过长期数据的积累，掌握码头前沿河床的变化趋势。如果检测发现码头前沿冲刷严重，低于设计河底标高时应及时采取抛填块石或浇筑水下混凝土等方式进行加固，以保证码头基础稳固及水工结构安全；若检测发现码头前沿淤积严重，应及时进行疏浚，以保证船舶进出港和停靠安全。总之，利用测深仪定期检测水深，及时发现和处理安全隐患，保证港口安全运营，确保人民生命财产安全是港口经营、管理者应尽的责任。

参考文献：

[1] 中华人民共和国交通运输部行业标准. JTS 165-2013，海港总体设计规范 [S].北京：人民交通出版社，2014.

[2] 中华人民共和国交通运输部行业标准. JTS 166-2020，河港总体设计规范 [S]. 北京：人民交通出版社股份有限公司，2020.

[3] 测深仪使用说明书1.0 版本[R]. 中海达，2012.1

[4] 中华人民共和国交通运输部行业标准. JTS 310-2013，港口设施维护技术规范 [S].北京：人民交通出版社，2013.

作者简介：

王  林（1988--），男，本科，助理工程师，从事公路水运工程质量检测。

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